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基于flow-3d的圆柱形桥墩局部冲刷及防护研究

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土木工程 2024年第5期13卷 733-743页

作者：吴泽镕陈宁湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭

桥梁基础的局部冲刷是导致桥梁水毁的主要因素之一,需要采取一定措施进行防护处理。本文基于flow-3d软件的水动力学模块和泥沙输运模块,采用RNG k-ε湍流模型对圆柱形桥墩开展了局部冲刷防护三维数值研究,分析了安装护套对圆柱形桥墩局... 详细信息

桥梁基础的局部冲刷是导致桥梁水毁的主要因素之一,需要采取一定措施进行防护处理。本文基于flow-3d软件的水动力学模块和泥沙输运模块,采用RNG k-ε湍流模型对圆柱形桥墩开展了局部冲刷防护三维数值研究,分析了安装护套对圆柱形桥墩局部冲刷防护的效果。计算结果表明:护套装置能够大幅降低最大冲刷深度,最大冲刷深度仅为无防护情况的13%;安装护套装置后,河床冲刷形态较无防护时发生了较大变化,桥墩迎水侧未发生冲刷,最大冲刷深度位置位于护套侧前方距离护套边缘很小距离的位置;在护套两侧冲刷坑后方,形成了与无防护工况类似的较大面积的沙丘拖尾,但由于冲刷程度较小,水流中的泥沙含量较低,沙丘的高度和面积均远小于无防护工况。

关键词： flow-3d 单桩基础局部冲刷冲刷防护

基于flow⁃3d数值模拟和物理模型试验的水闸水流条件研究

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水利水电工程设计 2024年第2期43卷 63-68页

作者：刘德宇武帅曹阳李桂青中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222 水利部水利水电规划设计总院北京100120

介绍flow-3d数值模拟和物理模型试验在海口市龙塘大坝枢纽改造工程水流条件研究的应用,通过各工况的数值模拟与物理模型试验,对水闸水流流态、流速和沿程水面线等水力特性进行计算与观测。经对比分析,各工况下flow-3d数值模拟和物理模... 详细信息

介绍flow-3d数值模拟和物理模型试验在海口市龙塘大坝枢纽改造工程水流条件研究的应用,通过各工况的数值模拟与物理模型试验,对水闸水流流态、流速和沿程水面线等水力特性进行计算与观测。经对比分析,各工况下flow-3d数值模拟和物理模型试验所得的流态、水面线、流速变化及分布规律基本一致,为研究泄水建筑物布置及体型设计的可行性及合理性,泄水建筑物设计及运行管理提供了科学依据。

关键词： flow-3d 数值模拟物理模型试验水流条件

基于flow-3d的泥石流龙头运动过程模拟研究

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中国地质灾害与防治学报 2022年第6期33卷 53-62页

作者：罗超鹏常鸣武彬彬刘沛源余波地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 四川成都610059

由于2020年10月3日四川省阿坝州理县米亚罗镇突发暴雨,二经里沟暴发了泥石流,损坏沟口的高速公路,并堵塞河道。为了探索泥石流龙头运动特征,选取二经里沟为研究对象,通过调查分析得到泥石流物源分布及规模、沟道形态等特征,采用flow-3d... 详细信息

由于2020年10月3日四川省阿坝州理县米亚罗镇突发暴雨,二经里沟暴发了泥石流,损坏沟口的高速公路,并堵塞河道。为了探索泥石流龙头运动特征,选取二经里沟为研究对象,通过调查分析得到泥石流物源分布及规模、沟道形态等特征,采用flow-3d数值模拟方法对该泥石流的运动特征进行分析。依据泥石流运动过程的不同特征,将全过程划分为物源汇集、运动特征突变、持续发展、泥沙堆积4个阶段,经验证模拟精度达88.98%。结合泥石流流动速度和堆积深度计算其强度指数,将其划分为4个等级并绘制强度分布图,其中极高强度区占2.4%,高强度区占5.1%,中强度区占13.6%,低强度区占78.9%。并通过三维建模在沟道拟设拦挡坝,模拟分析其对泥石流的减灾效果,为今后防治工程的修建提供科学依据。

关键词：二经里沟 flow-3d 泥石流运动特征泥石流强度

基于flow-3d的新型半圆形构件水动力特性研究

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水运工程 2023年第4期 20-25,128页

作者：侯仲荃李锐李晓舟孟凡伟中交上海航道勘察设计研究院有限公司上海200120

生态丁坝是基于水工学和生态学的新型整治建筑物,不仅起到调控河道水位、维护边坡稳定的作用,还促进了生态修复。采用flow-3d流体力学软件分析了新型半圆形构件的流速、紊动能等关键水动力要素。结果表明,基于flow-3d数值模拟得到的水... 详细信息

生态丁坝是基于水工学和生态学的新型整治建筑物,不仅起到调控河道水位、维护边坡稳定的作用,还促进了生态修复。采用flow-3d流体力学软件分析了新型半圆形构件的流速、紊动能等关键水动力要素。结果表明,基于flow-3d数值模拟得到的水流流速拟合结果良好,采用该软件研究航道整治工程中复杂构件的水动力特性是可行的;新型半圆形构件内的横隔板将腔体分为上下两块区域,上方水流流速、紊动能明显大于下层,且下层流速、紊动能基本不受外界流速影响;构件上下层具有不同的生态效应,其水动力特性分别适宜于鱼类和底栖生物的生存。

关键词：新型半圆形构件 flow-3d 水动力特性生态效应

基于flow-3d的新型桩基透空堤消浪性能研究

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水运工程 2022年第1期 59-65页

作者：陈兰坤潘新颖中国海洋大学工程学院山东青岛266100

针对新型附带消浪板桩基透空堤消浪性能,对波浪作用下该新型透空堤的反射系数、透射系数以及波能分布进行研究。采用flow-3d数值模拟方法,得出消浪板的开孔率、相对入水深度以及倾斜角度变化时透空堤反射系数、透射系数以及波能分布。... 详细信息

针对新型附带消浪板桩基透空堤消浪性能,对波浪作用下该新型透空堤的反射系数、透射系数以及波能分布进行研究。采用flow-3d数值模拟方法,得出消浪板的开孔率、相对入水深度以及倾斜角度变化时透空堤反射系数、透射系数以及波能分布。结果显示:1)该新型附带消浪板桩基透空堤具有较好的消浪性能,开孔率越小,其反射系数越大、透射系数越小;2)消浪板开孔率为10%,相对入水深度为0.85,倾斜角度为-15°的设计方案效果最佳,该新型透空堤透射波能占比仅约为17%。

关键词：消浪板桩基透空堤 flow-3d 消浪性能

flow-3d气泡流模型关键参数敏感性探究

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中国农村水利水电 2023年第2期 246-254页

作者：董宗师蔡芳长江设计集团湖北武汉430010 四川大学水利水电学院四川成都610065

为了探究flow-3d气泡流模型的黑匣子细节,以45°陡槽均匀流的试验数据为参考,对计算结果对临界韦伯数、临界毛细管数、初始气泡直径、拖曳阻力系数和Richardson-Zaki调节系数等模型参数的敏感性进行了探究。结果表明:明渠掺气水流中气... 详细信息

为了探究flow-3d气泡流模型的黑匣子细节,以45°陡槽均匀流的试验数据为参考,对计算结果对临界韦伯数、临界毛细管数、初始气泡直径、拖曳阻力系数和Richardson-Zaki调节系数等模型参数的敏感性进行了探究。结果表明:明渠掺气水流中气泡尺寸主要受临界毛细管数控制,临界韦伯数仅在掺气水面附近对气泡大小有微弱影响。拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数对结果的影响较大,而临界毛细管数、临界韦伯数以及气泡初始直径对计算结果的影响则相对较小。大于默认值的拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数会提高湍流强度并增加掺气,但小于默认值的参数对计算结果的影响更为显著。因此,在使用flow-3d进行掺气水流模拟时,应主要对拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数进行调校,以提高模型的准确性。

关键词：气泡流掺气水流数值模拟 flow-3d 敏感性分析

基于flow-3d的东安工程桩坝冲刷数值模拟研究

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人民黄河 2022年第4期44卷 122-127页

作者：栗铭阳张宝森方国华汪自力水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心河南郑州450003 黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 河海大学水利水电学院江苏南京210098

透水桩坝因其独特的缓流落淤效果而在黄河流域得到广泛应用,其作为不抢险建筑物设计,但在多年的运行过程中,黄河下游复杂的冲淤情况使透水桩坝出现了不同程度的磨损、位移,东安工程甚至还发生了桩排倒塌。为厘清透水桩坝出险原因,利用Fl... 详细信息

透水桩坝因其独特的缓流落淤效果而在黄河流域得到广泛应用,其作为不抢险建筑物设计,但在多年的运行过程中,黄河下游复杂的冲淤情况使透水桩坝出现了不同程度的磨损、位移,东安工程甚至还发生了桩排倒塌。为厘清透水桩坝出险原因,利用flow-3d软件对东安工程分别进行入流角度为45°、60°、90°的冲刷数值模拟,结合工程现场采用多波束测深系统测量所得数据,实现了透水桩坝冲刷仿真模拟的精准建模。结果表明:60°、90°入流角度的冲刷深度与实测断面冲刷深度拟合较好,最大误差仅为9.4%,模拟结果比较理想;flow-3d软件对透水桩坝冲刷模拟有较好的适用性。研究成果可为透水桩坝的设计和后期安全运行提供依据。

关键词：透水桩坝 flow-3d 入流角度冲刷深度东安透水桩坝

基于flow-3d的人工鱼礁泥沙冲淤模拟研究

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基于FLOW-3D的人工鱼礁泥沙冲淤模拟研究

作者：张佳婷山东大学

学位级别：硕士

人工鱼礁作为海洋牧场中主要的工程构件,被广泛应用于生物多样性保护和海岸栖息地生境恢复。人工鱼礁投放后,改变了原有的海底地形,在其周围一定范围内形成了复杂的水动力环境。但由于受到海底水流的长期冲刷,礁体周围的泥沙因流场变化... 详细信息

人工鱼礁作为海洋牧场中主要的工程构件,被广泛应用于生物多样性保护和海岸栖息地生境恢复。人工鱼礁投放后,改变了原有的海底地形,在其周围一定范围内形成了复杂的水动力环境。但由于受到海底水流的长期冲刷,礁体周围的泥沙因流场变化会经历悬浮、输运和沉降等过程。这些过程可能会造成鱼礁的沉陷与倾覆,从而丧失人工鱼礁的功能属性,同时也对区域底质及泥沙分布产生深远影响。目前,有关人工鱼礁泥沙冲淤的数值研究开展相对较少。水槽实验方法受模型尺度、水槽条件、泥沙属性等因素条件限制,而数值模拟方法又鲜有能充分模拟鱼礁的下沉倾覆过程。这些因素在很大程度上限制了人们对人工鱼礁周围泥沙冲刷形态及其冲刷机理的深入研究。因此,本研究基于flow-3d数值模拟平台,建立单向流条件下人工鱼礁泥沙冲淤冲刷过程的三维数值模型。本文以韩国釜庆国立大学开展的人工鱼礁室内冲刷实验为参照,进行对比模拟研究。通过对照实验,并验证本研究中数值模拟方法的可行性和适用性。同时,在此模拟方法的基础上,通过对不同粒径、流速、迎流角度下的冲刷工况等影响因素进行人工鱼礁泥沙冲刷的数值模拟研究。重点分析上述三大影响因素对人工鱼礁周围泥沙冲刷情况的影响,其中包括冲刷深度、冲刷量、冲刷过程和悬浮物泥沙浓度等方面的影响。本次研究的主要研究结果如下:1)人工鱼礁的局部冲刷历经礁体局部悬空阶段、礁体悬空间隙冲刷阶段、鱼礁倾覆沉陷阶段和平衡冲刷阶段四个阶段。物理实验中的冲刷深度及冲刷形态与数值模拟结果基本一致,验证了数值模型计算的精确性和冲刷模型条件参数的可靠性。2)在特定冲刷时间内,人工鱼礁附近泥沙的最大冲刷深度随时间的增加而逐渐增加,变化趋势呈二次函数分布。鱼礁局部冲刷最终趋于稳定,到达平衡冲刷阶段。3)从局部冲刷效果来看,在三种影响因素中,来流流速对冲淤量及冲刷深度的影响最大,其次为泥沙粒径。45°相较于其他迎流角度,抗倾覆效果最差。4)对冲刷形态而言,人工鱼礁与最深的冲刷坑之间有明显的位置关系。人工鱼礁附近的冲刷坑主要集中在礁体底部两侧的边缘角位附近。形成的冲刷坑宽度约为0.5倍礁宽,且悬浮泥沙在礁后约1倍礁宽处沉降,形成长尾状堆积区域。5)礁体的组合布局中,礁体纵向间距大于1倍礁宽,能有效避免造成礁体下陷、倾覆。且纵向间距为1.5倍礁宽的组合型人工鱼礁,其抗沉陷、倾覆能力优于单体局部冲刷。

关键词： flow-3d 人工鱼礁数值模拟局部冲刷鱼礁沉陷

基于flow-3d堤防决口水力学特性三维数值模拟

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基于FLOW-3D堤防决口水力学特性三维数值模拟

作者：吴泽亮南昌大学

学位级别：硕士

堤防是人类用来抵御洪水的主要建筑物,堤防一旦发生溃决,将会造成不可估量的财产损失,堤防溃决甚至会威胁到人们的生命安全。若能掌握堤防溃口发展规律及溃口水流水力学特性,将对研究堤防逐渐溃决机理以及科学指导溃口封堵具有重要意义... 详细信息

堤防是人类用来抵御洪水的主要建筑物,堤防一旦发生溃决,将会造成不可估量的财产损失,堤防溃决甚至会威胁到人们的生命安全。若能掌握堤防溃口发展规律及溃口水流水力学特性,将对研究堤防逐渐溃决机理以及科学指导溃口封堵具有重要意义。本文以某实际堤防为例,基于数值模拟对堤防决口水力学特性进行研究,研究了该堤防溃口处水力学特性以及堤防溃口逐渐溃决过程。主要开展了以下几个方面的研究:(1)为验证所选用的模型的准确性,运用flow-3d对一维溃决水流和二维不对称溃坝两个被广泛采用的经典算例进行数值模拟,将数值模拟计算结果与C.Biscarini和A.de Maio文献中数值模拟的水面线与流速场进行对比,证明了flow-3d模拟局部瞬溃水流的可行性。(2)在堤防弯道段设置不同溃口形状和不同溃口宽度的局部瞬间溃口,运用flow-3d进行数值模拟计算,得到溃口附近水面线形态、流场分布、流速、水深等进行分析,并研究不同溃口形状和不同溃口宽度下溃口附近水流水力学特性变化规律。堤防弯道段不同溃口形状的溃口数值模拟结果显示,不同溃口形状最大流速从大到小依次是V型、U型、T1型、T2型、矩形,平均水深从高到低排序为V型、T1型、U型、T2型、矩形;堤防弯道段不同宽度的溃口数值模拟结果显示,随溃口宽度的增大,平均水深和流速逐渐减小。(3)利用泥沙模型对堤防的逐渐溃决过程进行数值模拟分析,通过比对文献物理溃堤实验,数值计算中的溃口形态变化与实验结果基本一致,溃口口门展宽过程变化相同,验证flow-3d模拟逐渐溃堤的可行性,并研究了堤防弯道段溃口发展规律以及堤防溃口逐渐溃决的水流变化特性,计算结果显示,溃口呈V形向下侵蚀,当溃口向下发展至地基后,溃口将会呈倒梯形向两侧展宽;在平行溃决水流方向上,溃口是从堤防初始溃口出口处开始,向临水坡侧的堤脚发展。溃决水流流速随时间先增后减,最大流速出现位置会随着溃决时间向水流方向推移。

关键词：堤防决口 flow-3d 数值模拟瞬间溃逐渐溃水力学特性